CRISPR及其在原核生物防御系统中的作用

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1、万方数据【文章编号11672—3619(2008)10-I104-03JournalofTropicalMedicineV01．8No．10Oct．2008CRISPR及其在原核生物防御系统中的作用王菲1，罗恩杰：’(1．中国医科大学临床七年制医学班，沈阳110001；2．中国医科大学病原生物学教研室，沈阳110001)·综述·【摘要】近来在众多原核生物的基因组中，人们发现一类成簇的、有规律间隔的短回文重复序列(clusteredregularlyinterspaeedshortpalindromicrepe

2、ats，CRISPR)结构家族。CRISPR由一类DNA重复单元构成．在功能上与DNA的重组、修复及原核生物的免疫防御系统关系密切。通过对CRISPR和其相关系统(CASS)基因的比较性分析，CRISPR独特的结构和功能引起人们的广泛关注。实验表明CASS的插入序列来源于细胞内的许多染色体外遗传物质，并且以一种类似于真核生物中RNA干扰(RNAi)系统的机制，在原核生物抵抗入侵的噬菌体和质粒的防御系统中发挥着重要作用。本文对CRISPR的结构、片段来源和功能进行综述。【关键词】CRISPR；CASS；原核生物

3、；获得性免疫中图分类号：R392．1文献标识码：A成簇的规律间隔的短回文重复序列(clusteredregularlyinterspaeedshonpalindromicrepeats。CRISPR)是一类独特的DNA直接重复序列家族，广泛存在于众多原核生物基因(大多数的细菌和几乎所有的古细菌)中⋯。自2002年首次被人们所定义以来．CRISPR一直以其奇特的结构与神秘而特殊的功能吸引着各国科学家们的共同关注。它的结构非常稳定，长度约25—50bp的重复序列(这里我们称为repeats)被单一序列(这里我们称

4、为spacers)间隔⋯。最近人们发现Cas系统(CRISPR．associatedsequencessystem．CASS)在原核生物中表现出某种获得性免疫功能．帮助细菌抵御病毒的侵犯，并和DNA的重组与修复有关【3】。1关于CRISPR研究的回顾1987年首先在大肠杆菌中观察到CRISPR的相应基因结构。它们在大肠杆菌的特定酶基因(isozyme．convertingalkalinephospatase(iap)gene)周围发现14个长度为29bp的重复片段和32。33bp的非重复片段间隔相连的重复序列

5、。之后人们又在两类古细菌(HaloferaxgenusandSulfolobusgenus)中发现相似的序列。此类基因曾以不同的名称被发现于其他的有机体中，这些名称有TREP，SRSR，DRVs，LCTR和SPIDRE3

6、。为了研究及更准确的描述这一重复DNA序列的独特结构，Utrecht大学的Jansen等在2002年将此基因序列定义为成簇的、规律间隔的短回文重复序列(clusteredregularlyinterspaeedshortpalindromicrepeats，CRISPR)⋯]o同时他们还定义

7、了4种基因：CaM、Cas2、Cas3、Cas4。这4种基因被发现于多种细菌中．它们一般紧邻CRISPR排作者简介：王菲(1986一)，女．在读临床七年制英文医学班学生。‘通讯作者：罗恩杰，男，博士生导师，E．mail：enjie359@yahoo．com．cn列，被认为与重复序列在功能上存在着相关性⋯。随着研究的深入，科学家探测并描述了更多的组成序列和独特结构。人们发现CRISPR位点在不同的细菌株间表现出一种高度的多态性．其独特的插入片段即使在亲缘相近的细菌株之间也表现出较大的差异性。这一性质在研究中可被

8、用于同种菌属不同株之间的区分．如结核分枝杆菌属、化脓性链球菌属、空肠弯曲杆菌⋯。根据CRISPRs和Cas蛋白的广泛分布与独特的结构．科学家们尝试着通过试验推测出CASS的一些生物学功能。1995年Mojieaet等提出其重复序列能够成为DNA结合蛋白的靶点，并且在对Halofewzmediternmei的研究中发现CRISPR与复制子的分隔有关．之后又发现其与DNA重组和修复的相关性㈦”。最近，越来越多的证据表明CR／SPR在菌体细胞中能抵抗并阻止病毒的繁殖，并且在阻止病毒繁殖的模式和重复序列组成中，spa

9、cer．repeat原件的插入都依赖于序列中RNAs的转录[2·引。2006年，研究者对多个嗜热菌(s．thermophilus)菌株的3个CRISPR位点及其差异性和活性进行分析．发现CRISPR的动力学特性对于微生物的分群和分型及相互之间的比较研究有着重要的价值。同时CRISPRs为关于原核生物与周围环境，特别是宿主基因与病毒基因的协同进化的研究提供了一条通道[8-lo]。2CRISPR的基本结